带有热管理的活塞摩擦力测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及带有热管理的活塞摩擦力测试装置，其特征在于该装置包括活塞顶部传热测控子装置、活塞底部传热测控子装置、缸套水腔侧传热测控子装置、支承钢架和缸套‑活塞间测摩擦机构；所述活塞顶部传热测控子装置、缸套水腔侧传热测控子装置和活塞底部传热测控子装置由上至下依次固定在支承钢架上，缸套‑活塞间测摩擦机构安装在支承钢架的内部；所述活塞顶部传热测控子装置包括喷火嘴支承和喷火嘴，所述喷火嘴支承安装在活塞上部，为圆盘形，中间部位开一个圆孔，所述喷火嘴穿过该圆孔，并固定在喷火嘴支承上。该装置能满足研究传热对摩擦影响的需求，在测量缸套‑活塞间摩擦力的同时，能对活塞顶部、裙部的温度场进行精确控制。

【技术实现步骤摘要】
带有热管理的活塞摩擦力测试装置
本技术涉及发动机传热、机械摩擦测量
，具体涉及带有热管理的活塞摩擦力测试装置及方法。
技术介绍
活塞-缸套摩擦润滑的空间尺度达到微米和纳米级别，而缸套和活塞热变形的尺度也在微米级别；温度对润滑油的粘度和密度等特性有显著影响；而且，活塞和缸套的温度影响到摩擦热在活塞和缸套之间的传热分配情况，随着内燃机功率密度的提升，热负荷愈来愈严重，传热对活塞-缸套系统的摩擦功耗的影响更加显著。张启(张启,毛军红,谢友柏.IMEP法测量内燃机活塞组摩擦力的分析计算方法[J].内燃机学报,2007,25(6):560-564.)平均指示压力(IMEP)法测量内燃机活塞的摩擦力。宁李谱(宁李谱,孟祥慧,谢友柏.基于无线传输的内燃机活塞组－缸套摩擦力测量方法[J].上海交通大学学报,2014,48(9):1297-1302.)在平均指示压力法的基础上，利用无线传输测试了连杆应力信号。Yeow-ChongTan(Yeow-ChongTan,ZaidiMohdRipin.Techniquetodetermineinstantaneouspistonskirtfrictionduringpistonslap[J].TribologyInternational,2014,74:145-153.)将单缸机采用卧放的方式安装在测力器上，用电动机倒拖活塞，测试机体受到的摩擦力。DallwooKim(DallwooKim,AkemiIto,YasuhiroIshikawa,etal.FrictionCharacteristicsofSteelPistonsforDieselEngines[J].JournalofMaterialsResearchandTechnology,2012,1(2):96-102.)使用浮动气缸法测试单缸机活塞摩擦力。但他们的研究均没有考虑传热的影响，不考虑活塞裙部和缸套的热变形时，活塞裙部周期平均摩擦功率为0.42KW，活塞裙部和缸套的热变形使平均摩擦功率增大0.21KW(刘晓日.基于流固耦合传热的内燃机润滑摩擦特性研究[D].山东:山东大学,2015.)，因此研究传热对摩擦功耗的影响显得尤为必要。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术所要解决的技术问题是，提供一种带有热管理的活塞摩擦力测试装置及方法。该装置在浮动缸套测摩擦实验装置的基础上进行改进，去掉传统的浮动缸套测摩擦实验装置中安装在测试台架上的机体结构，只保留了缸套活塞曲轴连杆部分，应用喷火嘴配合涂在活塞上表面的传热涂层来精确控制活塞顶部的温度分布，应用活塞底部传热测控子装置对活塞裙部的温度进行精确控制，应用缸套水腔侧传热测控子装置对缸套纵向温度分布进行控制；并使用台架将缸套固定，通过拉压传感器测量缸套与活塞之间的摩擦力；该装置能满足研究传热对摩擦影响的需求，在测量缸套-活塞间摩擦力的同时，能对活塞顶部、裙部的温度场进行精确控制。本技术解决所述技术问题采用的技术方案是：一种带有热管理的活塞摩擦力测试装置，其特征在于该装置包括活塞顶部传热测控子装置、活塞底部传热测控子装置、缸套水腔侧传热测控子装置、支承钢架和缸套-活塞间测摩擦机构；所述活塞顶部传热测控子装置、缸套水腔侧传热测控子装置和活塞底部传热测控子装置由上至下依次固定在支承钢架上，缸套-活塞间测摩擦机构安装在支承钢架的内部；所述活塞顶部传热测控子装置包括喷火嘴支承和喷火嘴，所述喷火嘴支承安装在活塞上部，为圆盘形，中间部位开一个圆孔，所述喷火嘴穿过该圆孔，并固定在喷火嘴支承上，喷火嘴的喷火口朝向活塞顶部；在活塞上表面涂有传热涂层；所述缸套水腔侧传热测控子装置包括温控水箱、水泵、冷却液电磁阀、温控套筒、电加热器、水温传感器、单片机和上位机；所述温控套筒套在缸套上，温控套筒内加工有n个环槽，n≥2，缸套与环槽之间的间隙形成冷却液回路，每个环槽都由两个子环槽组成，位于下部的子环槽是进水子环槽，位于上部的子环槽是出水子环槽；在温控套筒的外壁上沿圆周方向均匀分布有四列管道接口，每列上有2n个管道接口，分成n组，相邻两个管道接口为一组，分别为进水管道接口和出水管道接口；进水子环槽通过进水管道接口与注水管连接，在进水管道接口处均安装有水温传感器，出水子环槽通过出水管道接口与出水管连接，每个出水管经散热器连接温控水箱的进水口；每个注水管上均通过相应的支路管路与温控水箱的出水干路连接，每个支路管路上均安装有冷却液电磁阀，温控水箱的出水干路上安装水泵；温控水箱内安装有电加热器；所述单片机与每个冷却液电磁阀、水温传感器和电加热器连接，同时单片机还与上位机连接；所述温控水箱上还设有冷却液回液口；所述缸套-活塞间测摩擦机构包括传力夹环和拉压传感器，缸套的下部插入传力夹环内，并夹紧，在传力夹环的外壁上沿圆周方向分布有四个传力臂，每个传力臂通过螺栓连接一个拉压传感器；所述活塞底部传热测控子装置包括温控机油箱、机油泵、机油电磁阀和喷油嘴，喷油嘴的喷油口朝向活塞底部；所述支承钢架底部为环形支座，环形支座上固定安装有四个支撑平台，四个支撑平台的上端支撑喷火嘴支承，同时与温控套筒通过调节顶针连接；每个拉压传感器均固定在相应的支撑平台上。一种带有热管理的活塞摩擦力测试方法，该方法使用上述的装置，步骤是：在进行实验时，首先将待测缸套-活塞曲柄连杆机构安装在支承钢架上，曲柄轴与驱动电机的轴用弹性联轴器相连；缸套和活塞之间用活塞底部的喷油嘴来喷油冷却润滑，多余的机油滴到集液器里收集起来供再循环使用；待检查所有零件连接牢固安装无误、冷却液充满温控套筒后，启动驱动电机，由曲柄连杆机构带动活塞在缸套内做往复运动；待转速稳定后，开启喷火嘴加热活塞顶部，将活塞顶部温度稳定在活塞顶部目标温度的1.05-1.3倍，此时开启水泵，使冷却液在温控套筒内循环流动；根据实验需求不同，通过改变活塞顶部传热涂层的分布状态，从而控制顶部温度分布，活塞顶部的温度测量及采集采用手持式红外测温仪；缸套则通过上位机改变设定的缸套目标温度，由上位机控制缸套温度场纵向分布，单片机采集水温传感器的温度，并传输给上位机，由上位机显示当前的温度；活塞裙部通过无线传输方式获得活塞裙部温度，并通过控制机油泵和温控油箱来控制活塞底部温度分布；待各个温度均稳定后，通过拉压传感器测得的数据经计算处理即可得到活塞与缸套间的摩擦力值。与现有技术相比，本技术的有益效果是：以往的活塞摩擦力测试装置，对传热考察较少，不能实现整个活塞-缸套系统的热测控。本装置主要通过活塞顶部传热测控子装置、活塞底部传热测控子装置、缸套水腔侧传热测控子装置这三个部分精确控制活塞顶部、活塞与缸套之间的温度分布，从而达到研究传热对摩擦影响的目的。①活塞顶部加热装置配合活塞顶部涂层，喷火嘴旨在调节活塞顶部总体传热量，顶部涂层旨在控制活塞顶部传热空间分布。②活塞底部喷油以往是为了进行活塞冷却，该装置中设置活塞底部传热测控子装置喷油流量和喷油温度，旨在从活塞底部控制活塞的传热，既有传统的冷却功能，也带加热功能。③缸套水腔侧以往是为了冷却缸套，该装置中通过对多条独立的水路实现温控功能(既有传统的冷却功能，也带加热功能)，从而实现缸套从顶部到底部的温度分布控制。附图说明图1为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有热管理的活塞摩擦力测试装置，其特征在于该装置包括活塞顶部传热测控子装置、活塞底部传热测控子装置、缸套水腔侧传热测控子装置、支承钢架和缸套‑活塞间测摩擦机构；所述活塞顶部传热测控子装置、缸套水腔侧传热测控子装置和活塞底部传热测控子装置由上至下依次固定在支承钢架上，缸套‑活塞间测摩擦机构安装在支承钢架的内部；所述活塞顶部传热测控子装置包括喷火嘴支承和喷火嘴，所述喷火嘴支承安装在活塞上部，为圆盘形，中间部位开一个圆孔，所述喷火嘴穿过该圆孔，并固定在喷火嘴支承上，喷火嘴的喷火口朝向活塞顶部；在活塞上表面涂有传热涂层；所述缸套水腔侧传热测控子装置包括温控水箱、水泵、冷却液电磁阀、温控套筒、电加热器、水温传感器、单片机和上位机；所述温控套筒套在缸套上，温控套筒内加工有n个环槽，n≥2，缸套与环槽之间的间隙形成冷却液回路，每个环槽都由两个子环槽组成，位于下部的子环槽是进水子环槽，位于上部的子环槽是出水子环槽；在温控套筒的外壁上沿圆周方向均匀分布有四列管道接口，每列上有2n个管道接口，分成n组，相邻两个管道接口为一组，分别为进水管道接口和出水管道接口；进水子环槽通过进水管道接口与注水管连接，在进水管道接口处均安装有水温传感器，出水子环槽通过出水管道接口与出水管连接，每个出水管经散热器连接温控水箱的进水口；每个注水管上均通过相应的支路管路与温控水箱的出水干路连接，每个支路管路上均安装有冷却液电磁阀，温控水箱的出水干路上安装水泵；温控水箱内安装有电加热器；所述单片机与每个冷却液电磁阀、水温传感器和电加热器连接，同时单片机还与上位机连接；所述温控水箱上还设有冷却液回液口；所述缸套‑活塞间测摩擦机构包括传力夹环和拉压传感器，缸套的下部插入传力夹环内，并夹紧，在传力夹环的外壁上沿圆周方向分布有四个传力臂，每个传力臂通过螺栓连接一个拉压传感器；所述活塞底部传热测控子装置包括温控机油箱、机油泵、机油电磁阀和喷油嘴，喷油嘴的喷油口朝向活塞底部；所述支承钢架底部为环形支座，环形支座上固定安装有四个支撑平台，四个支撑平台的上端支撑喷火嘴支承，同时与温控套筒通过调节顶针连接；每个拉压传感器均固定在相应的支撑平台上。...

【技术特征摘要】
1.一种带有热管理的活塞摩擦力测试装置，其特征在于该装置包括活塞顶部传热测控子装置、活塞底部传热测控子装置、缸套水腔侧传热测控子装置、支承钢架和缸套-活塞间测摩擦机构；所述活塞顶部传热测控子装置、缸套水腔侧传热测控子装置和活塞底部传热测控子装置由上至下依次固定在支承钢架上，缸套-活塞间测摩擦机构安装在支承钢架的内部；所述活塞顶部传热测控子装置包括喷火嘴支承和喷火嘴，所述喷火嘴支承安装在活塞上部，为圆盘形，中间部位开一个圆孔，所述喷火嘴穿过该圆孔，并固定在喷火嘴支承上，喷火嘴的喷火口朝向活塞顶部；在活塞上表面涂有传热涂层；所述缸套水腔侧传热测控子装置包括温控水箱、水泵、冷却液电磁阀、温控套筒、电加热器、水温传感器、单片机和上位机；所述温控套筒套在缸套上，温控套筒内加工有n个环槽，n≥2，缸套与环槽之间的间隙形成冷却液回路，每个环槽都由两个子环槽组成，位于下部的子环槽是进水子环槽，位于上部的子环槽是出水子环槽；在温控套筒的外壁上沿圆周方向均匀分布有四列管道接口，每列上有2n个管道接口，分成n组，相邻两个管道接口为一组，分别为进水管道接口和出水管道接口；进水子环槽通过进水管道接口与注水管连接，在进水管道接口处均安装有水温传感器，出水子环槽通过出水管道接口与出水管连接，每个出水管经散热器连接温控水箱的进水口；每个注水管上均通过相应的支路管路与温控水箱的出水干路连接，每个支路管路上均...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓日，米雪，魏石峰，黎明，郑清平，王恩宇，孔祥飞，成东康，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：天津,12